双级复相Ni3Al-Ni3V合金时效过程的微观相场模拟

利用微观相场法模拟了新型Ni3Al(L12)-Ni3V(D022)双级复相金属间化合物合金的时效过程。结果表明:高温(1370 K)时效阶段形成上级结构L12+A1(Ni基固溶体),尺度为微米级;共析温度以下(1200 K)时效阶段形成下级结构L12+D022,尺度为亚微米级,两级时效处理后形成L12+(L12+D022)双级复相微观结构。低温时效阶段,在D022相析出所产生的弹性势作用下,D022/L12相界面由{001}转向{011},{011/2}型界面在时效末期数量占优,最终下级复相组织中的D022相与L12相呈层状相间分布。     

Ti-Nb合金β结构稳定性和弹性性质

采用基于密度函数理论的缀加平面波加局域轨道（APW＋lo）方法和超晶胞方法对Nb含量为6.25%～37.5%Nb（摩尔分数）的Ti-Nb二元合金的能量、电子结构以及弹性性质进行了理论计算,研究Nb含量对Ti-Nb合金的β结构稳定性和弹性性质的影响。结果表明,随着Nb含量的升高,Ti-Nb合金的β结构稳定性提高,正方剪切常数C＇以及弹性模量K、E和G呈单调增加。当Nb含量为9.87%时,正方剪切常数大于并接近于零,此时Ti-Nb合金的β结构稳定性最低,并具有最低的弹性模量。     

Ni75CrxAl25-x合金原子替代行为的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟研究873 K时Ni75CrxAl25-x合金中Cr原子的替代规律。在合金沉淀过程中,Cr原子部分替代Al原子格点形成L12结构的γ′相（Ni3Al1-xCrx）。Cr原子在L12相内的占位几率极限值较小,当Cr含量超过3%时,L12相内Cr原子的浓度接近饱和值。在L12相的有序畴界处,Cr原子完全取代Al原子位置,形成稳定的Ni3Cr相（D022结构）。该合金最终沉淀产物为Ni3Al-Ni3Cr混合相。     

温度对Ni-Cr-Al合金中Cr原子替代规律的影响

利用微观相场动力学模型,模拟研究温度对Ni-12at%Cr-14.5at%Al合金沉淀过程中Cr原子的替代规律。在873～1173K范围内,随着温度的提高,合金沉淀机制由等成分有序化+失稳分解转化为非经典形核机制,沉淀孕育期逐渐延长;L12相体积分数增加,而D022相体积分数减少,在1173K时,D022相消失,最终形成单一的L12相。     

Ir_3Y_5金属间化合物相结构稳定性的第一性原理研究

采用密度泛函理论的平面波方法,对Ir3Y5金属间化合物的相结构稳定性从晶体结构、生成焓、晶胞能、电子结构和弹性模量等方面进行了理论分析研究。结果发现,Ir3Y5处于低温下的α相和高温下的β相其生成焓均为负值,说明其体系是稳定的。从晶胞能和电子结构的计算证实了Ir3Y5合金的α相比β相要稳定。而弹性模量的计算显示这两种Ir3Y5合金相结构具有良好的延展性。     

合金元素对β-Ti25Nb合金的结构稳定性与弹性性质的影响

采用密度泛函理论的缀加平面波加局域轨道的第一性原理和超晶胞方法对β结构的Ti75Nb25以及Ti68.75Nb25X6.25(X为Mo,Sn,Ta和Zr)合金的能量、电子结构以及弹性性质进行了理论计算.通过对比这几种合金的结构稳定性和弹性性质,发现Mo和Ta元素既能起到稳定β-Ti25Nb相作用,又能使其弹性常量增加.而Sn 对β结构的稳定性影响较小,Zr却降低了β结构的稳定性,且两者对弹性常数的影响均较小.     

以无序合金的实验数据为基础的Au3Cu,AuCu3,AuCuI和AuCuII的特征原子占据图（英文）

根据无序Au1_xCux合金的实验生成热和晶格常数得到只考虑近邻原子组态的特征原子的势能、体积和电子结构,计算L12-Au3Cu,L12-AuCu3和L10-AuCu化合物的特征原子占据(CAO)图、电子结构、能量和体积性质。Johasson-Linde(J-L)模型的CAO图表明,AuCuI→AuCuII转变是一个放热且体积缩小的反应,但正好与实验现象相反。根据Guymont-Feutelais-Legendre(G-F-L)模型的CAO图,AuCuII晶胞由两个周期反相(PAD)的AuCuI区域和两个PAD边界区域组成;从G-F-L模型的CAO图得出的公式可用来计算PAD AuCuI区域和PAD边界区域的能量性质、体积性质和有序度及AuCuII相的平均性质,计算结果与实验现象相吻合。     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。     

以无序合金的实验数据为基础的Au3Cu,AuCu3,AuCuⅠ和AuCuⅡ的特征原子占据图

根据无序Au1-xCux合金的实验生成热和晶格常数得到只考虑近邻原子组态的特征原子的势能、体积和电子结构,计算L12-Au3Cu,L12-AuCu3和L10-AuCu化合物的特征原子占据(CAO)图、电子结构、能量和体积性质.Johasson-Linde(J-L)模型的CAO图表明,AuCuⅠ-AuCuⅡ转变是一个放热且体积缩小的反应,但正好与实验现象相反.根据Guymont-Feutelais-Legendre(G-F-L)模型的CAO图,AuCuⅡ晶胞由两个周期反相(PAD)的AuCuⅠ区域和两个PAD边界区域组成;从G-F-L模型的CAO图得出的公式可用来计算PAD AuCuⅠ区域和PAD边界区域的能量性质、体积性质和有序度及AuCuⅡ相的平均性质,计算结果与实验现象相吻合.     

退火处理对La1．5Mg0．5Ni7．0贮氢合金相结构和电化学性能的影响

研究了退火温度对A287型La1.5Mg0.5Ni7.0合金的相结构和电化学性能的影响。结果表明：铸态合金由LaNi，相、LaMgNi4相、（La，Mg）Ni3相以及Gd2Co7型相组成，退火处理后，合金由Gd2Co7型相、Ce2Ni7型相和PuNi3型（La，Mg）Ni3相组成：随着退火温度升高，PuNi3型相的丰度减小，ce2Ni7型相的丰度增加，（La，Mg）Ni3相的a轴参数、c轴参数和晶胞体积均增大；经1073K保温24h退火后，合金电极具有最高的放电容量（391．2mAh／g），退火温度升高，合金的最大放电容量略有降低：合金电极的循环稳定性随着退火温度的升高不断提高，在1173K时合金电极经150次循环后其电极容量保持率C150／Cmax=82％；合金的高倍率放电性能（HRD）随退火温度升高略有增加，在1173K时，合金电极的HRD最好（HRD900=89．0％）；交换电流密度I0、极限电流密度I1及氢扩散系数D随着退火温度的升高而增大。     

Simulation of the coarsening behavior of intermetallic precipitates in Ni75AlxV25-x alloys

The coarsening behavior of L12 and D022 in Ni75AlxV25-x （x,at.%） alloys including coherent strain was investigated using the microscopic phase-field model. The simulation results indicate that the shape transition and spatial correlation of L12 and D022 are caused by the morphological-dependent anisotropic elastic interactions in the system. The coarsening process of the particles is by means of neighbor particles impingement and aggregation into larger ones. For the strain-induced interactions between the precipitates,the LSW theory is altered for the coarsening behavior of L12 and D022. In addition,the simulation reveals that the growth and coarsening of D022 present two obvious stages at lower Al concentration regions and proceed simultaneously at high Al concentration regions. The growth and coarsening processes of L12 at the same regions is reverse to those of D022.     

Ni-Cr-Al合金有序化早期原子尺度的模拟

基于三元体系的离散格点的微观相场模型，模拟研究温度1123K时三元合金Ni—Cr-Al有序化早期过程，通过研究沉淀过程原子图像和序参数曲线的演化，发现低饱和度合金Ni-15at．％Cr-10．5at．％Al沉淀机制为非经典形核长大，沉淀过程包括D022有序相的形核长大，Ll2有序相的形核和D022有序相向Ll2有序相的转化3个阶段。由于Cr原子替代Al原子位置，在Ll2有序相内两种原子占位几率接近，形成Ni3（CrxAl1-x）结构的Ll2有序相，并且与D022有序相共存。高饱和度合金沉淀机制为等成分有序化和失稳分解混合机制，并且有序化和簇聚过程比低饱和度合金提前。     

Microscopic phase-field simulation coupled with elastic strain energy for precipitation process of Ni-Cr-Al alloys with low Al content

The precipitation process of Ni-Cr-Al alloy with low Al content was studied at atomic scale based on the microscopicphase-field kinetic model coupled with elastic strain energy.The aim is to investigate the effect of elastic strain energy onprecipitation mechanism and morphological evolution of the alloy.The simulation results show that in the early stage of precipitation,D022 phase and L12 phase present irregular shape,and they randomly distribute in the matrix.With the progress of aging,L12 phaseand D022 phase change into the quadrate shape and their orientations become more obvious.In the later stage,L12 phase and D022phase present quadrate shape with round corner and align along the[100]and[010]directions,and highly preferential selectedmicrostructure is formed.The mechanism of early precipitation of L12 phase in Ni-17%Cr-7.5%Al(mole fraction)alloy is the mixedstyle of non-classical nucleation growth and spinodal decomposition and the D022 phase is the spinodal decomposition.Themechanisms of early precipitation of L12 phase and D022 phase in Ni-12.5%Cr-7.5%Al alloy are both the non-classical nucleationand growth.The coarsening process follows the rule of preferential selected coarsening.     

微弹性微观相场研究不同时效过程下L12和D022的原子占位

用包含弹性应变能的微观相场法研究L12-Ni3Al相和D022-Ni3V相在1000 K,1200 K单温度时效及1000 K和1200 K交变温度下时效的原子占位.研究表明:从1000 K单温度时效经由交变温度时效至1200 K单温度时效过程中,L12相中的正位原子NiNi和AlAl及D022相中的正位原子NiNi和VV的占位几率随时间延长而下降,两种结构中的反位缺陷NiAl,NiV,VNi和AlNi及替代缺陷AlNi,AlV和VNi的占位几率却随时间延长而上升.平衡时的L12相中的NiNi占位几率大于D022相中的NiNi,L12相中的AlAl占位几率小于D022相中的VV,反位缺陷和替代原子在L12相中的占位几率均大于D022相.在交变时效下,原子占位几率的时间演化曲线呈"长城"状,曲线顶点的占位几率值小于相应的单温度时效下的平衡值,但是曲线谷值大于相应的单温度时效下的平衡值.     

Ni75AlxV25-x合金中有序畴界结构对界面迁移特征和溶质偏聚的影响（英文）

基于微观相场模型,通过分析Ni75AlxV25-x合金在沉淀过程中D022(Ni3V)相沿[001]方向形成的有序畴界面的界面结构、界面迁移及界面成分,研究界面结构对界面迁移特征和溶质偏聚的影响。研究表明:D022相沿[100]方向形成4种有序畴界,界面的迁移性与界面结构有关,除具有L12相的局部特征的界面(001)//(002)之外,其余3种界面都可以迁移;在界面的迁移过程中,V原子跃迁至最近邻的Ni位置并置换Ni原子,反之亦然,即处在最近邻的Ni原子和V原子发生位置交换而导致界面迁移;在迁移过程中,原子的跃迁行为具有位置选择性,每种可迁移界面都按照特定的原子跃迁模式进行迁移;原子在跃迁过程中选择最优化的路径使得界面发生迁移,原子跃迁过程中的位置选择性使得界面在迁移前、后的结构保持不变;合金元素在界面处具有不同的贫化和偏聚倾向,在所有的界面处,Ni偏聚而V贫化,Al在界面(001)//(001)·1/2[100]处贫化在其他界面处偏聚;同种合金元素在不同界面处的偏聚和贫化程度不同。     

Al和Li含量不同的时效态Mg-Gd-Zn-Zr-Ag合金的组织和力学性能

研究了铝和锂元素含量不同的Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr-0.5Ag(质量分数,%)合金经T6热处理后的组织演变和力学性能。结果表明,T6热处理后,有新的Mg3Gd颗粒从Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr-0.5Ag合金中析出,且Mg-12Gd-4Al-3Li-1Zn-0.5Zr-0.5Ag和Mg-12Gd-6Al-5Li-1Zn-0.5Zr-0.5Ag合金中的大多数Al2Li3相变得更细小,分布更均匀。时效态Mg-12Gd-4Al-3Li-1Zn-0.5Zr-0.5Ag和Mg-12Gd-6Al-5Li-1Zn-0.5Zr-0.5Ag合金中的晶粒尺寸和c/a比值相比时效态Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr-0.5Ag合金有显著的减小,这有利于提高抗拉强度和塑性。时效态Mg-12Gd-6Al-5Li-1Zn-0.5Zr-0.5Ag合金具有最佳的抗拉强度、弹性模量和塑性匹配,其抗拉强度为210 MPa,弹性模量为50.7 GPa,延性率为24.8%。     

钒浓度与Ni75Al25-xVx合金形核孕育期的相关性研究

基于微观相场动力学模型,用原子形貌演化图、平均序参数等研究钒(V)原子浓度与Ni75Al25-xVx合金沉淀析出L12相和D022相的形核孕育期的相关性.结果表明,若V元素的浓度在不同区间变化,则Ni75Al25-xVx合金沉淀析出L12和D022两相的孕育期也发生变化,两者呈现完全不同的相关性:当9.0≤x＜19.7时,两相的孕育期与V浓度呈正相关性,且D022相的孕育期长于L12相的孕育期;当19.7＜x≤23.0时,两相的孕育期与V浓度呈负相关,且L12相的孕育期长于D022的孕育期;当x=19.7时,两相的孕育期几乎一样长.     

Effects of cell irregularity on the elastic properties of open-cell foams

Foams are more and more widely used because of their high mechanical properties relative to their low density. Most available mechanical models are based on idealised unit-cell structures. A significant disadvantage of the unit-cell modelling approach is that it does not account for the natural variations in microstructure that are typical for most foam structures. Our objective has been to investigate how the cell irregularity affects the elastic properties of open-cell foams. We generated periodic, three-dimensional (3D), random samples with different degrees of irregularity, and used finite element analysis (FEA) to determine the effective elastic properties. The geometrical properties were investigated for 3D random open-cell foams and related to the elastic properties. The results indicate that the more irregular the foams, the larger will be their effective Young's modulus and shear modulus at constant overall relative density. On the other hand, the bulk modulus reduces with increasing degree of cell irregularity, while the Poisson's ratio is largely independent.     

Influence of Nb and Mo contents on phase stability and elastic property of β-type Ti-X alloys

The energetic, electronic structure and elastic property offl-type Ti-Xx （X=Nb and Mo, x=0.041 7, 0.062 5, 0.125 0, 0.187 5, 0.250 0, 0.312 5 and 0.375） binary alloys were calculated by the method of supercell and augmented plane waves plus local orbitals within generalized gradient approximation. The elastic moduli of the polycrystals for these Ti1-xXx alloys were calculated from the elastic constants of the single crystal by the Voigt-Reuss-Hill averaging method. Based on the calculated results, the influence of X content on the phase stability and elastic property offl-type Ti1-xXx alloys was investigated. The results show that the phase stability, tetragonal shear constant C, bulk modulus, elastic modulus and shear modulus offl-type Ti1-xXx alloys increase with an increase of X content monotonously. When the valence electron number offl-type Ti1-xXx alloys is around 4.10, i.e. the content of Nb is 9.87% （molar fraction） in the Ti-Nb alloy and Mo is 4.77% （molar fraction） in Ti-Mo alloy, the tetragonal shear constant is nearly zero. The Ti1-xXx alloys achieve low phase stability and low elastic modulus when the tetragonal shear constant reaches nearly zero. In addition, the phase stability offl-type Ti1-xXx alloys was discussed together with the calculated electronic structure.